超声造影之基本原理篇剖析.ppt

超声造影 超声造影 是指将与机体组织声学特性不同的物质----超声造影剂（Ultrasound Contrast Agent，UCA）注入体内，使血液内出现明显不同的界面（即血液内出现云雾状回声反射）来清楚地区分待查目标与周围环境的差别，增强血流及组织回声对比的一种超声检查方法。 超声造影基本原理 谐波成像技术 声波在组织中传播 遇到规则界面，声波会发生反射和折射，即线性传播； 遇到非规则界面，可发生波形畸变，谐波成分增多，声衰减系数增大，即非线性传播。 基波与谐波频率与能量 传统超声信号处理中非线性信号往往被忽略。 超声造影剂具有较强的非线性信号特点，探头发射声波，声波通过造影剂产生非线性传播，波形畸变，谐波成分明显增多，相比之下其他组织谐波成分甚少。 基波与谐波冲击造影剂微泡产生的散射谐波强信号，但接收时，直接取2f0的谐波信号。 二次谐波成像技术 微气泡产生的背向散射信号中不仅含有与发射频率相同的基波f0，还含有谐波成分nf0(其中两倍于基波频率的谐波2f0称为二次谐波)。 在接受回波时人为抑制基波，重点接收2f0信号，从而使背向散射信号的信/噪比值大大增加。 利用超声造影剂的特性，以某一频率f0发射，而以2f0频率接收由造影剂产生的二次谐波信号，即二次谐波成像技术（2nd harmonic imaging）。 谐波造影成像技术 从组织除去或分离出线性超声信号(数字减影),并利用微泡产生的非线性回波,可更有效的接收造影剂谐波信号，提高对微血流的敏感性,实时观察肿瘤实质内微血管的血流灌注的全过程。 谐波信号接受示意图 超声造影原理 采用微气泡注入血流提高声压反射系数(Ra)； 空气与血浆间Ra为99.95%，红细胞与血浆间Ra仅1.3%； 即：空气的Ra较红细胞大75-77倍，它们强烈的增强超声的背向散射。 背向散射信号 背向散射(Backscatter,BS)：超声波在组织中传播遇到小于波长的界面产生散射，朝向探头(与入射波呈180°)的散射。 以气体成分的造影剂所产生的BS信号强度最强。 微泡对超声波的反应 取决于入射声压的大小 小于50kPa时微气泡对称性地压缩和膨胀，呈现线性背向散射，信号强度随着入射声压的增加而呈线性递增，这一反应主要用于基波显像; 50-200kPa时，微气泡非对称性地压缩和膨胀，呈现非线性背向散射，产生共振和谐波，微气泡的共振频率取决于入射声压、微气泡直径和外壳弹性，这一反应可用于谐波显像; 200-2000kPa时，微气泡破裂，气体溢出，产生宽频高能信号，呈现受激声波发射，这一反应可用于触发显像和失相关显像。 微泡的共振 液体中的造影剂微泡在超声场内吸收及散射能量的同时，还以自身的固有频率作膨胀与收缩振动。 声场频率与微泡固有频率一致时，微泡膜振幅能量最大，产生的散射截面大于其散射体几何截面的1000倍，BS信号强度明显增强。 微泡的非线性特征 当超声场的声压达足够高时(50-200kPa)，微泡内的线性共振变为非线性共振，导致包膜膨胀与收缩幅度的不相等，产生几倍于基波f0的谐波。 利用造影剂微泡在声场作用下产生的非线性效应，可明显提高检出血流信号的信噪比。 匹配谐波成像技术可更有效地接收造影剂谐波信号。 克服了传统B型和彩色或能量多普勒超声的局限性，并且能够实时显示实质组织的微血管结构，显示动态的病变增强类型。 目前最常用的两种技术 CPS: Contrast Pulse Sequencing:对比脉冲系列技术--------西门子 CnTI: Contrast Tuned Imaging对比造影成像技术-----------百胜 微泡的生存时间 微泡的生存时间(longevity) T=r2o.ρ/2D.Cs 其中 ro 为微泡半径，ρ为气体密度，D为声压，Cs 为饱和度。 在低声压的作用下，微泡具有很好的谐振特性，即振而不破，同时产生较强的谐波信号。 Contrast Pulse Sequencing相干脉冲系列技术 在相干成像的基础上，采用连续发射一组脉冲，提取来自微泡非线性二次谐波（second? harmonic）用于成像，特点是提高了信噪比，造影效果好 。 仪器：Sequoia512，Sequoia Paragon等 Contrast Tuned Imaging对比造影成像技术 百胜集团（Esaote Group）推出的CnTi 技术，低声压实时超声造影成像技术，采用独有的纯净波发射激励、宽动态范围和数字滤波技术，从而可获得纯正的造影剂二次谐波实时图像。 CnTi 技术的独特优势之一是声压可调（0.02≤MI≤1.7）。即使直接声压（DP）在40Kpa，MI 在0.06 以下低